אוטומטי, כמותי קוגניטיבי / הקרנת התנהגות של עכברים: לגנטיקה, פרמקולוגיה, בעלי החיים קוגניציה והוראה לתואר ראשון

מערכת אוטומטית לחלוטין למדידת נכסים משמעותיים מבחינה פיזיולוגית של מנגנוני תיווך לוקליזציה המרחבית, לוקליזציה זמנית, משך, קצב והערכת הסתברות, הערכת סיכונים, אימפולסיביות, ואת הדיוק ואת הדיוק של זיכרון, כדי להעריך את ההשפעות של מניפולציות גנטיות ותרופתיות על מנגנונים בסיסיים של הכרה בעכברים.

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא לסנן עכברים שעברו מניפולציה גנטית ותרופתית לאיתור תקלות ומנגנונים בסיסיים של קוגניציה. זה מושג על ידי ביצוע מדידות פסיכופיזיות של תכונות כמותיות משמעותיות פיזיולוגיות במערכת פנוטיפ התנהגותית אוטומטית לחלוטין עם תפוקה גבוהה 24 7. השלב הבא הוא לנתח ולשרטט גרף של הנתונים הנכנסים בזמן אמת, מה שמאפשר בקרה אוטומטית בזמן אמת על בדיקות על בסיס עכבר אחר עכבר.

לאחר מכן, הנתונים הגולמיים, קוד פרוטוקול הבדיקה וכל סטטיסטיקות הביניים מאוחסנים בארכיון במבנה נתונים יחיד. על מנת להפוך את הנתונים לזמינים לציבור ולעודד ניתוח נוסף, התוצאות מראות שינויים ספציפיים לזן בשבר האדים הטמפורלי בהתבסס על משימת המתג. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות אחרות, כמו מבוך המים, הוא שהיא נותנת לך תוצאות משמעותיות מבחינה פיזיולוגית, תפוקה גבוהה מאוד וללא טיפול בעכברים.

אז שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הנוירוגנטיקה הקוגניטיבית, כגון האם ישנם זנים מוטנטיים שיש להם מנגנוני תזמון מרווחים ששינו כמותית ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על טיפול או אבחון של ליקויים קוגניטיביים גנטיים מכיוון שהיא עשויה להוביל לגילוי גנים המגדירים מרכיבים קריטיים של מנגנונים אלה. אנשים חדשים בשיטה זו צריכים להבין את היסודות של תכנות MATLAB ולהבין את הכוח של מבחנים פסיכופיזיים אוטומטיים כמותיים.

אדם ואני העלינו לראשונה את הרעיון ליצור את המערכת הזו כאשר ראינו את האופי הכמותי עתיר העבודה והלא כמותי של הבדיקות שבוצעו על עכברים שעברו מניפולציה גנטית. זה מאפשר להפעיל 80 עכברים בו זמנית. כל סביבת בדיקה מורכבת מאמבט עכבר מפוליפרופילן המחובר באמצעות צינור אקרילי לקופסת בדיקה של עכבר.

בתיבת הבדיקה שלושה קופסאות, המנוטרות על ידי קרני אינפרא אדום. לשני ההופרים החיצוניים יש מזיני גלולות מחוברים ויכולים לספק כדורי מזון בעוד שההופר האמצעי אינו מספק כדורי מזון. כבלים העוברים דרך יציאה בקיר מסיבה, מחברים את סביבות הבדיקה לכרטיסי הממשק החשמלי ולמחשבים ייעודיים בחדר אחר, המריצים את תוכניות בקרת הפרוטוקולים.

נדרש מחשב אחד לכל שני ארונות. מחשבים אלה מחוברים באמצעות רשת תקשורת מקומית לשרת המפעיל את תוכנת ניתוח הנתונים והגרפים. הגדר את רשת התקשורת המקומית כך שהשרת שבו מותקנת תוכנת ניתוח נתונים יוכל לגשת לדיסקים הקשיחים של המחשבים השולטים בסביבות הבדיקה.

לאחר מכן, צור חשבון סנכרון קבצים לאחסון נתונים בענן. הוסף את תיקיית מערכת TS ותיקיות המשנה שלה לנתיב החיפוש של MATLAB וודא שתיקיית המערכת TS היא תיקיה מסונכרנת בענן. מערכת TS היא ספריית תוכנה בקוד פתוח של למעלה מ-30 פונקציות ברמה גבוהה שנכתבו ב-MATLAB המאפשרות יצירת ניתוח נתונים מורכב וקוד גרף נתונים.

בארגז הכלים של מערכת TS קוראים לפונקציה Ts מתחילים ליצור את מבנה הנתונים ההיררכי שלתוכו יוצבו הנתונים הגולמיים וכל התוצאות הנגזרות מהם על ידי הפונקציות האחרות בארגז הכלים של מערכת TS. הקריאה הבאה ts להוסיף פרוטוקול כדי לציין פרמטרי בקרה לפרוטוקול ניסיוני כדי לציין קוד החלטה שיהפוך את ההחלטה לסיים את הפרוטוקול לאוטומטית ולהמשיך לפרוטוקול הבא ולציין את קריטריוני ההחלטה שיש להשתמש בהם. כעת, מקם את העכברים ב-24 7 סביבות הבדיקה החיות, עכבר אחד לכל סביבה.

שימו לב למספר הזיהוי של העכברים, למספר התיבה ולאות המזהה את מחשב בקרת הניסוי ברשת המקומית וכתובת ה-IP שלו. השיחה הבאה, ts התחל מפגש כדי להתחיל את ההפעלה הניסיונית. מפגשי הניסוי נמשכים שבוע עד שבועיים, שבמהלכם מופעלים מספר פרוטוקולים שונים של בדיקות התנהגותיות.

לאחר מכן, במחשב בקרה אחד, קרא למאקרו שיפעיל את כל התיבות הנשלטות על-ידי מחשב זה. מאקרו זה נוצר על ידי הפעלת התחלה של TS. חזור על פעולה זו במחשבי הבקרה האחרים.

ניתוח נתונים יכול להיעשות על ידי כתיבת ניתוח נתונים חדש וקוד גרפים באמצעות הפקודות בארגז הכלים של מערכת TS או על ידי שימוש או שינוי של ניתוח נתונים קיים וקוד גרפים המסופקים בספריית Ts. מרגע שהתחיל, הניסוי מתנהל ברובו מעצמו, אם כי נדרש ניטור מסוים לאורך כל הניסוי. עקוב אחר דוא"ל לקבלת התראות מתוכנית ניתוח הנתונים של מערכת TIA המצביעות על תקלות אפשריות בציוד כגון הפסקות חשמל, בקרה ספונטנית, אתחול מחדש של המחשב ותקלות במזין הגלולות.

התראות דוא"ל אלו מאפשרות תיקון בזמן של התקלה פעמיים עד ארבע פעמים ביום. עלילות הביצועים שקוד ניתוח נתוני מערכת TS מייצר בכל פעם שהוא נקרא על ידי טיימר הניתוח. ניתן לנטר את החלקות הללו מכל מקום בעולם ובכל זמן, ובמידת הצורך ניתן לשנות את פרוטוקול הניסוי באופן מקוון הרחק מהאתר בו נבדקים העכברים.

השתמש גם בדפדפן TS כדי לחקור את הנתונים וסטטיסטיקות הסיכום במבנה הנתונים ההיררכי כאשר הם הופכים לזמינים בעלילות חוסר איזון מצטבר בזמן אמת לכדורים המתקבלים, המכונים הכנסה, משורטטים באדום ומשך הביקור משורטט בשחור עבור שלושה עכברים מסוג בר ושלושה L הטרוזיגוטים אחד. היפוך לוח הזמנים התרחש בנקודה שבה המדרונות פנו כלפי מטה וסומנו בקווים אדומים אנכיים עבור שלושה מהעכברים. שיפוע חוסר האיזון המצטבר של הביקור מתווה הקו השחור עוקב מקרוב אחר שיפוע חוסר האיזון המצטבר בהכנסה.

הקו האדום, זה מצביע על התאמה כמעט מושלמת של היחס בין משך הביקור הממוצע ליחס ההכנסות. שימו לב באיזו מהירות היחס בין משכי הביקור מסתגל לשינוי ביחס ההכנסות בנקודות הנטייה כלפי מטה. מצד שני, עכבר אחר לא הצליח להתאים במהלך מפגשי ההאכלה השניים כפי שמוצג על ידי השיפוע האפס של הביקור המצטבר.

עלילת חוסר איזון משך הזמן בשחור, בעוד ששיפוע חוסר האיזון בהכנסה באדום הוא חיובי באופן משמעותי. עם זאת, במהלך שלב ההאכלה השלישי, המדרונות מקבילים, מה שאומר שהעכבר הזה התחיל בפתאומיות בתחילת שלב זה כדי להתאים את יחס הביקור שלו ליחס ההכנסה. ברור אפוא שהוא היה מסוגל לעשות זאת אך לא עשה זאת מסיבה כלשהי במהלך חלק מהבדיקות.

זה ממחיש את החשיבות של ויזואליזציה של כל מהלך הביצועים במקום להסתמך לחלוטין על כמה סטטיסטיקות סיכום. עכבר זה התאים בדיוק במהלך יחס ההכנסה הראשון, אך כאשר הוא התהפך, העכבר לא הפך לחלוטין עכבר אחר במהלך שלב ההזנה השלישי. כלומר, חוסר האיזון הממוצע בביקורים היה גדול יותר מחוסר האיזון הממוצע בהכנסה והוא לא הסתגל באופן מלא להיפוך חוסר האיזון בהכנסות.

עם זאת, שימו לב שכל ששת העכברים, גם שלושת סוגי הבר וגם שלושת ההטרוזיגוטים התאימו בדיוק במהלך ארבע השעות הראשונות של שלב ההאכלה והראו תגובה פתאומית להיפוך יחס ההכנסה. זה מדגים את התפקוד השלם בהטרוזיגוטים של מנגנונים בסיסיים רבים של קוגניציה, כגון משך, אומדן, מספר, הערכת קצב הערכה, לוקליזציה מרחבית והיכולת לזכור כמויות מופשטות פשוטות. בנוירוגנטיקה קוגניטיבית, חשוב לקבוע מה עדיין עובד כרגיל כמו למצוא מה לא עובד או שיש לו שינוי כמותי מעניין בפעולתו.

מחזורים מצטברים או ביקור בהופר אחד ואחריו ביקור בהופר 2, ואחריו חזרה להופר 1 משורטטים כפונקציה של זמן ההפעלה. כאן האנכיים הירוקים המקווקווים מסמנים את תחילת שלבי האכלה. הסימון האנכי האדום המלא.

הקיזוז של ההזנה, המהירות שבה העכבר מתחיל לעבור בין הקופסאות הוא מדד למה שניתן לכנות התעוזה או הנטייה שלו לחקור. חמישה מתוך השישה הראו חקירה מסוימת לפני תחילת שלב ההאכלה הראשון והחלו לעבור בפתאומיות בין הקופסאות ברגע שהתחיל. עכבר אחד, לעומת זאת, לא הראה שום התנהגות חקרנית כלל, אף לא מחזור אחד עד אמצע שלב ההאכלה השני, ואז הוא התחיל לעבור בפתאומיות בין הקופסאות.

ניתוח של ניסויי התניה אינסטרומנטליים וקלאסיים מניב תיעוד מצטבר של מהירויות התחלת הניסוי. ניסויים אלה מדדו את קצב הלמידה, כלומר מספר הזיווגים לפני הופעת ההתנהגות המותנית. קווי המקף האנכיים מסמנים את ניסוי הרכישה בכל רשומה.

ניסוי הרכישה הוא הניסוי הראשון שבו יש עלייה משמעותית במהירות התחלת הניסוי בתנאי שהמהירות הגבוהה החדשה גדולה מהמהירות בקטע הראשון. הקצאת סולם זו נדרשת מכיוון שלעיתים יש ירידה משמעותית לפני העלייה המשמעותית הראשונה. התפלגויות מצטברות של חביון התחלת ניסוי מוצגות כאן.

הנקודה מעל ציר ה-X שבה הקו האופקי ב-0.5 מצטלב בהתפלגות מצטברת היא ההשהיה החציונית להתחלת ניסוי. רשומות מצטברות של ההבדלים בין קצב החיטוט במהלך הופר האכלה לבין קצב החיטוט במהלך מרווח הניסיון הקודם מוצגות כאן. בתחילה, השיפוע של רשומה זו הוא אפס או שלילי מכיוון שהעכבר תוקע פחות במהלך תאורת המיכל מאשר במהלך המרווח בין הניסוי.

השיפוע הופך לחיובי כאשר העכבר מתחיל לתקוע לתוך המיכל המואר בציפייה למסירת הערעור המתקרבת. הנקודות המוצקות מסמנות את הנקודה שבה השיפוע הופך לחיובי, שהוא הניסוי שבו התגובה המותנית מופיעה לראשונה באופן מהימן בעלילות אלה. הקווים הכחולים הם פונקציות התפלגות מצטברות אמפיריות המציגות את ההתפלגות המצטברת של חביון מתג עבור עכבר אחד בשלוש הגדרות שונות של חביון ההזנה במיכל הארוך.

העקומות האדומות הדקות שמונחות כמעט בדיוק על הפונקציות האמפיריות הן ששת הפרמטרים של פונקציות בלגה המתאימות לנתונים אלה. הקווים האדומים הכבדים הם פונקציות צפיפות ההסתברות המתאימות להתפלגות תערובת הבלגה. קיצור חביון ההזנה הארוך גרם לעכבר לקצר את ממוצע השהיות המתג שלו ולהגדיל את הדיוק שלהם.

זה גם גרם להופעתם של כמה מתגים אימפולסיביים כפי שמוצג על ידי הבליטה בזנב השמאלי של פונקציית צפיפות ההסתברות בתרשים התחתון. המדד לאימפולסיביות זו הוא חלק התערובת המיוחס לרכיב הוויבל על ידי הגרסה המתאימה ביותר של התפלגות תערובת וייבל גאוס. בניתוח זה, הניסיונות הקצרים מסומנים בפלוסים אדומים זעירים בתחתית העלילה בעוד שהמשפטים הארוכים מסומנים בפלוסים אדומים זעירים בראש העלילה.

השינוי בצפיפות הפסים האדומים המתקבלים בתחתית ובחלק העליון מצביע על השינוי בתדירות היחסית של הניסיונות הקצרים והארוכים. חביון המתג מסומן בעיגולים פתוחים קטנים. שימו לב שכאשר האדום בתחתית נעשה צפוף יותר, כלומר הניסיונות הקצרים סבירים יותר, העיגולים הקטנים זזים כלפי מעלה וכאשר האדום בחלק העליון נעשה צפוף יותר, כלומר עלייה בהסתברות לניסוי ארוך, העיגולים זזים כלפי מטה.

הקווים הכחולים הם החציונים של ההתפלגויות. תרשים רסטר של 24 שעות של אירועים התנהגותיים וסביבתיים לאורך תקופת מבחן של 90 יום מוצג כאן. הנקודות השחורות רושמות תקיעות והנקודות האדומות והירוקות מתעדות משלוחי כדורים בשני קופסאות ההאכלה.

המשולשים השחורים הראשונים מתעדים כיבוי אורות בעוד המשולשים השחורים השניים מתעדים אורות בעמודה הראשונה של משולשי ציאן מתעדים את תחילת מרווח ההזנה של בין הערביים, המתרחש שעה לפני הדמדומים עצמם, והעמודה השנייה של משולשי ציאן מתעדת את ההיסט של מרווח ההזנה של בין הערביים, המתרחש שלוש שעות לאחר כיבוי האורות. משולשים מג'נטה אלה מתעדים את ההתחלה הלא חתומה של מרווחי האכלת השחר, המתרחשת שעתיים לפני הדלקת האורות, והעמודה האחרונה של משולשי מג'נטה מתעדת את הקיזוזים של האכלות השחר. התחלות פעילות האכלה מקדימה לפני האכלת בין הערביים מסומנות בכוכביות כחולות בין שישה ל-15 ימים.

לאחר תחילת הבדיקה, העכברים מתחילים להפגין פעילות חיטוט ציפייה למזון כשעה לפני מרווח ההאכלה של בין הערביים המצביע על ביסוס זיכרון צירקדי. הטרוזיגוטים המכילים מוטציה בגן L אחד מראים דיוק תזמון מרווחים גדול יותר מאשר בקרות ההמלטה שלהם מסוג בר. איור זה משרטט התפלגויות מצטברות של הערכות הדיוק עבור פקדי הסוג הפראי כקווים אחידים וחבריהם-המלטה הזיגוטיים כקווים מקווקווים כאשר הם רצים בבלוקים של ניסויים עם מרווחים צרים יותר ויותר בין עמודי השער הזמניים, כפי שמוצג על ידי הבדלי הצבע.

לעומת זאת, הטרוזיגוטים הנושאים את פני העטלף או מוטציית BFC מראים דיוק תזמון מרווחים נמוך יותר מאשר קבוצת הביקורת שלהם מסוג הבר. לאחר שתשלוט בטכניקה זו, ניתן לבצע את הבדיקה תוך יום אחד או עד מספר שבועות. התאמה לוקחת רק אוכל ליום אחד.

למידה מקדימה אורכת שבועיים או שלושה.